Влияние просадок окружающих грунтов на уплотненные массивы

Основные методы глубинного уплотнения просадочных грунтов со II типом грунтовых условий по просадочности следующие: пробивка скважин с последующим заполнением их местным глинистым грунтом с уплотнением (метод получил название уплотнение грунтовыми сваями); предварительное замачивание и замачивание с глубинными взрывами. При применении последних двух методов вокруг уплотненных массивов образуются просадочные трещины, которые в значительной мере должны снижать влияние последующей просадки окружающих грунтов на уплотненный массив. Поэтому изучение влияния просадок окружающих грунтов от их собственного веса на уплотненные массивы производилось для Случаев применения глубинного уплотнения пробивкой скважин.

Первая серия исследований несущей способности и осадок уплотнённых массивов с загрузкой их опытными фундаментами площадью 1—4 м² выполнялась в 1966—1971 гг. в Запорожье. При исследованиях не учитывалась возможность развития в полной мере сил нагружающего трения по поверхности уплотненных массивов. В связи с этим размеры испытываемых уплотненных массивов принимались шириной 4—5 и длиной 5— 7 м (т. е. не более 0,2—0,3 величины просадочной толщи), что значительно меньше обычно применяемых под зданиями. При испытании девятиэтажного крупнопанельного здания, кроме этого, была принята разреженная в нижней части сетка расположения пробитых скважин: около половины скважин пробивалось через одну на половину глубины просадочной толщи.

Результаты первой серии исследований уплотненных массивов при просадках окружающих их грунтов от собственного веса показали, что во всех случаях осадки уплотненных грунтов при их полном водонасыщении от нагрузки опытных фундаментов, равной 0,25—0,3 МПа, в пределах сжимаемой зоны составляли 2—4 см и соответствовали модулю деформации 12—20 МПа. Однако наряду с осадкой в сжимаемой зоне проходило сжатие уплотненного грунта в нижней части уплотненного массива и подстилающего его непросадочного лессового грунта. Суммарная величина сжатия равнялась 0,7—0,9 от максимальной величины просадки окружающего уплотненный массив просадочного грунта от собственного веса. По этим данным нередко делались не вполне обоснованные выводы о недостаточной надежности глубинного уплотнения грунтов пробивкой скважин.

Последующий анализ работы испытанных уплотненных массивов по осадкам поверхностных и глубинных марок с учетом возможных эпюр распределения напряжений от нагрузки фундаментов и собственного веса грунта показал, что столь значительное сжатие нижней части уплотненных массивов и подстилающих их непросадочных лессовых грунтов могло произойти лишь вследствие передачи на уплотненные массивы дополнительной весьма значительной нагрузки от нависания окружающих грунтов при просадке их от собственного веса. Это явление, раскрывающее сущность взаимодействия уплотненных и закрепленных массивов с окружающим их грунтом при просадке его от собственного веса, в дальнейшем более детально было изучено при испытаниях уплотненных площадок на Хортицком жилом массиве Запорожья и в г. Галаце институтом, «Инчерк» (СРР).

В Хортице испытывали уплотненный массив размером в плане 1,1х1,1 м. Уплотнение выполнялось на глубину 20 м, т. е. на всю величину просадочной толщи пробивкой скважин станком ударно-канатного бурения БС-1М с диаметром пробивного снаряда 425 мм. Пробитые скважины при этом имели диаметр 0,5— 0,55 м. Скважины располагались в шахматном порядке по сетке 1,1X1,1 м, что обеспечивало среднее значение объемной массы скелета в пределах уплотненного массива не ниже 1,65 т/м³.

Участок расположения опытного уплотненного массива сложен до глубины 30 м слоистой толщей из лессов и лессовидных суглинков, разделенных слоями погребенной почвы. Слои на глубину 21 м от поверхности обладают просадочными свойствами и относятся ко II типу грунтовых условий по просадочности с расчетной величиной просадки грунтов от собственного веса 95 см.

Для замера величин дополнительных давлений, возникающих в уплотненном массиве при просадках примыкающего просадочного грунта от его собственного веса, на расстоянии 2,5 м от края котлована на глубинах 5, 7, 9, 11 и 13 м были установлены грунтовые месдозы. Уплотненный массив испытывали при одностороннем замачивании грунта из примыкающего к нему котлована размером в плане 10X50 м. В котловане были устроены две буронабивные сваи диаметром 600 мм, опирающиеся на глубине 21 м на красно-бурые лессовидные суглинки, имеющие объемную массу скелета 1,6—1,7 т/м³.

Осадки и просадки грунтов в пределах уплотненного массива, замачиваемого котлована и на прилегающей к ним территории замеряли по поверхностным и глубинным маркам нивелированием относительно системы неподвижных исходных реперов.

В результате замачивания грунтов в котловане в течение 1,2 месяца максимальные просадки в котловане составили 800 мм, буронабивных свай С-1 и С-2 соответственно 331 и 460 мм, а самой крайней части уплотненного массива —56 мм, в то время как просадка грунта у противоположной стороны замачиваемого котлована равнялась 440 мм (рис. 23). Сопоставление просадок грунтов по торцам котлована показывает, что в пределах уплотненного массива они распространялись на ширину 5—6 м, т. е. на 0,2—0,3 глубины просадочной толщи, а с противоположной стороны при отсутствии уплотненного грунта — на 24 м, или 1,2 просадочной толщи. Просадка грунта в пределах уплотненного массива происходила, начиная с глубины 16 м и значительная ее часть — 20 мм за счет сжатия подстилающих просадочных лессовых грунтов, в то время как просадка грунтов естественного сложения в котловане и за его пределами начиналась с глубины 5—6 м.

Исследования показали, что развитие просадок грунтов в котловане сопровождается увеличением давления в уплотненном массиве, зафиксированного в начальный период по всем месдозам. К сожалению, в дальнейшем месдозы, установленные на глубине 5, 7, 9 и 13 м, вышли из строя. Месдоза на глубине 11 м зафиксировала увеличение давления с 0,22 МПа до 0,34 МПа, т. е. в результате нависания окружающего грунта при просадке его от собственного веса в уплотненном массиве возникли дополнительные вертикальные давления, равные 0,12 МПа и соответствующие 0,55 от величины бытового давления.

Исследования работы уплотненных массивов при просадках окружающих грунтов от их собственного веса, в Галаце выполнялись в два этапа. На первом этапе изучали влияние просадок окружающих грунтов на уплотненные массивы при различной глубине уплотнения и отсутствии на них нагрузки от здания, а на втором —при уплотнении на всю глубину просадочной толщи и наличии внешней нагрузки, имитирующей нагрузку от здания.

Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин в СРР выполняли станками ударно-канатного бурения «Уралец» с весом ударного снаряда 1,2 т, диаметром наконечника 325 мм, устраивающими скважины диаметром 35—40 см. При этих параметрах уплотнения расстояния в осях между скважинами принимаются равными 1 м и среднее значение объемной массы скелета массива по всей глубине равняется 1,65 т/м³.

Участок проведения опытных работ сложен лессами и лессовидными суглинками, которые на глубину 22 м обладали просадочными свойствами с расчетной просадкой от собственного веса грунта до 1,2 м.

Исследования выполняли в двух котлованах. В первом из них размером в плане 37ХЮ0 м у торцов были выполнены уплотненные массивы размером в плане 14x14 м на глубину 10 и 14 м, а во втором размере в плане 55x55 м — уплотненный массив размером 25X25 м на глубину 21,5 м.

Результаты исследований работы уплотненных массивов при просадке окружающих грунтов на первом этапе показали, что при фактических просадках грунтов от собственного веса, равных 1016 мм, уплотнение просадочных грунтов на 0,5; 0,7 и на всю глубину просадочной толщи приводит к снижению возможных просадок соответственно на 17, 36 и 95%, причем основная их часть происходит за счет нависания на уплотненные массивы окружающих просадочных грунтов.

По результатам исследований второго, этапа на уплотненном массиве размером 25X25 м было установлено, что при замачивании его по всему периметру в результате нависания окружающих просадочных грунтов на полосах шириной 6—10 м возникают просадки поверхности уплотненного массива, происходящие в основном за счет сжатия подстилающего слоя. Наибольшая неравномерность просадок от 170—270 до 60 мм развивается на полосе шириной 4—6 м, т. е. 0,18—0,27 от величины просадочной толщи. Средняя осадка уплотненного массива в пределах загруженной площади размером в плане 10x10 м равномерно распределенной нагрузкой 0,2 МПа до замачивания равнялась 54 мм, а после замачивания увеличилась до 104 мм. В данном случае наряду с нависанием окружающего просадочного грунта на уплотненный массив и возникновением в нем дополнительных просадок по его периметру происходит обратный процесс — снижение просадок грунта естественного сложения до 430—750 мм, т. е. 42—72%, что явилось результатом разгрузки грунта при нависании его на уплотненный массив.

Таким образом, полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что при просадках окружающих грунтов от собственного веса происходит взаимодействие их с уплотненными массивами, в результате которого по боковой поверхности уплотненных массивов возникают силы нагружающего трения, приводящие к передаче дополнительной нагрузки на уплотненные массивы, к их дополнительным осадкам и соответственно к снижению давления от собственного веса в окружающем грунте и возможных величин его просадок.